Prace IPPT PAN z roku 1997

 

POWRÓT

 

1.       OLIFERUK Wiera - Proces magazynowania energii i jego strukturalny aspekt podczas jednoosiowego rozciągania stali austenitycznej. - (Praca habilitacyjna). - Warszawa 1997 s.  108. - Prace IPPT     11/1997.

2.       KRUCZYŃSKI  Stanisław, BIELIŃSKA Alicja, PRZYłUSKI Jan - Problemy katalitycznego ograniczania emisji tlenków azotu w silnikach o zapłonie samoczynnym. - Warszawa 1997 s.  35. - Prace IPPT    10/1997.

3.       WIŚNIEWSKI Krzysztof - Finite Rotations of Shells and Beams Extended Equations and Numerical Models. - (Praca habilitacyjna). - Warszawa 1997 s.  178. - Prace IPPT    9/1997.

4.       KOWALEWSKI Tomasz A., CYBULSKI Andrzej - Konwekcja naturalna z przemianą fazową. - Warszawa 1997 s.  55. - Prace IPPT    8/1997.

5.       RACHOWICZ Waldemar - Adaptacyjna metoda elementów skończonych do rozwiązywania równań Naviera-Stokesa dla przepływu ściśliwych. - (Praca habilitacyjna). - Warszawa 1997 s.  155. - Prace IPPT    7/1997.

6.       BAJER Czesław - Numeryczne modelowanie czasoprzestrzenne dynamicznych zagadnień kontaktowych. - (Praca habilitacyjna). - Warszawa 1997 s.  189. - Prace IPPT    5/1997.

7.       KOWALEWSKI Tomasz A. - Experimental Validation of Numerical codes in Thermally Driven Flows. - Warszawa 1997 s.  19. - Prace IPPT    4/1997.

8.       JEMIOŁO S., TELEGA J.J. - Representations of Tensor Functions and Applications in Continuum Mechanics. - Warszawa 1997 s.  112. - Prace IPPT    3/1997.

9.       GRZĘDZIŃSKI Janusz - Nieliniowy flatter samolotu jako bifurkacja Hopfa w układzie dynamicznym o wielu stopniach swobody z pamięcią. - (Praca habilitacyjna). - Warszawa 1997 s.  95. - Prace IPPT    2/1997.

10.   RANACHOWSKI Zbigniew - Metody pomiaru i analiza sygnału emisji akustycznej. - (Praca habilitacyjna). - Warszawa 1997 s.  113. - Prace IPPT    1/1997.

 

OLIFERUK Wiera

Proces magazynowania energii i jego strukturalny aspekt podczas jednoosiowego rozciągania stali austenitycznej.

(Praca habilitacyjna).

Warszawa 1997 s.  108.

Prace IPPT     11/1997.

 

   Niniejsza rozprawa, łącznie z wprowadzeniem i posumowaniem, składa się z dziesięciu rozdziałów.

   We wprowadzeniu przedstawiono genezę, cele, motywację i metodykę badań będących przedmiotem rozprawy oraz zasygnalizowano najważniejsze ich wyniki.

   Drugi rozdział został pomyślany jako podstawa teoretyczna badań eksperymentalnych procesu magazynowania energii podczas deformacji plastycznej metalu. Z punktu widzenia fenomenologicznej termodynamiki płynięcia plastycznego, zdefiniowano w nim pojęcia i wielkości fizyczne niezbędne do zaprojektowania i przeprowadzenia eksperymentów oraz - do interpretacji wyników. Są to pojęcia: termodynamicznego stanu odniesienia, stanu naturalnego, jednorodnego procesu quasistatycznego, pracy odkształcenia plastycznego, energii rozproszonej przez deformowaną próbkę oraz energii zmagazynowanej. Podkreślono, że energia rozproszona przez deformowaną próbkę nie jest równa ilości ciepła przekazanego przez nią do otoczenia. Sformułowano ogólne równanie stanu, z którego wyprowadzono równania dla temperatury próbki, potrzebne do teoretycznego opisu metody wyznaczania energii zmagazynowanej.

   Energię zmagazynowaną ukazano jako ważny, addytywny człon w wyprowadzonym,  ogólnym wyrażeniu na potencjał Gibbsa, w którym niezależnymi parametrami stanu są: temperatura T, pa - funkcje składowych - s    ij  tensora naprężenia Cauchy`ego, oraz pewna liczba parametrów wewnętrznych  H i   (i=1...m), charakteryzujących zmiany w mikrostrukturze badanego metalu.

   Rozpatrzono zmianę postaci wyrażenia na potencjał Gibbsa przy poszczególnych założeniach upraszczających, dotyczących właściwości termostatycznych metalu, co pozwoliło na wybór odpowiedniej procedury doświadczalnej, przy której dane uproszczenie nie prowadzi do istotnych błędów.

   Trzeci rozdział zawiera przegląd, znanych w literaturze, metod wyznaczania energii zmagazynowanej.

   W rozdziale czwartym została przedstawiona, opracowana według koncepcji autorki niniejszej rozprawy, metoda dynamicznego pomiaru tej energii podczas jednoosiowej deformacji metalu. W metodzie tej, podobnie jak we wszystkich metodach jednostopniowych, energię zmagazynowaną wyznaczono jako różnicę między pracą odkształcenia plastycznego a ciepłem, które robocza część próbki oddałaby otoczeniu, gdyby jej temperatura powróciła do wartości początkowej, (którą miała próbka przed rozpoczęciem deformacji).

   Pracę odkształcenia plastycznego podczas jednoosiowego rozciągania wyznaczono na podstawie krzywej rozciągania.

   Ciepło przekazane do otoczenia przez roboczą część próbki wyznaczano symulując proces nagrzewania się próbki przez dostarczenie do niej w sposób kontrolowany energii elektrycznej, która zgodnie z prawem Joula-Lenza w całości zamienia się na ciepło. Jeżeli energia elektryczna jest dostarczana tak, aby narastanie temperatury próbki w czasie symulacji przebiegało identycznie jak w czasie rozciągania oraz jeżeli oba procesy są prowadzone w jednakowych warunkach, to ilość ciepła przekazywanego do otoczenia po powrocie próbki do temperatury początkowej w obu wypadkach jest jednakowa i równa energii elektrycznej dostarczanej podczas symulacji.

   Poprawność powyższego rozumowania wykazano na podstawie analizy zredukowanej postaci równań na temperaturę próbki podczas deformacji i podczas nagrzewania prądem. Odnosząc, zawarte w drugim rozdziale, rozważania teoretyczne do jednoosiowego rozciągania podano, na gruncie termodynamiki fenomenologicznej, ścisły, matematyczny opis metody.

   Metoda dynamicznego pomiaru energii zmagazynowanej umożliwia wyznaczenie energii zmagazynowanej w dowolnym punkcie jednorodnego procesu rozciągania bez konieczności jego przerywania. Ma ona zalety jednostopniowych metod kalorymetrycznych, ale nie wymaga stosowania kalorymetru i jest w odróżnieniu od nich prawie bezinercyjna.

   W piątym rozdziale sformułowano kryteria wyboru metalu polikrystalicznego do badań procesu magazynowania energii. Wybrano niskowęglową stal austenityczną o stabilnym austenicie. Opisano mechaniczną i cieplną obróbkę, przeprowadzoną w celu otrzymania termodynamicznego stanu odniesienia. Przedstawiono wyniki badań procesu magazynowania energii podczas jednoosiowego rozciągania tej stali.

   Wykazano, że w początkowym stadium odkształcenia plastycznego stali zależność zdolności magazynowania energii, definiowanej jako de s  /de w , od odkształcenia, (gdzie: e s energia zmagazynowana, zaś e w - praca odkształcenia plastycznego), ma maksimum.

   Oszacowano błąd przypadkowy wyznaczania energii zmagazynowanej i zdolności jej magazynowania.

   W szóstym rozdziale przedstawiono wyniki eksperymentu rozstrzygającego o tym, że otrzymane maksimum zdolności magazynowania energii nie jest pozorne;  nie jest rezultatem błędu metody, ale odzwierciedleniem zjawisk zachodzących w deformowanej stali.

   Siódmy rozdział jest poświęcony interpretacji otrzymanych wyników badań procesu magazynowania energii w oparciu o, obserwowane pod transmisyjnym mikroskopem elektronowym, charakterystyczne dla poszczególnych wartości odkształcenia, układy dyslokacyjne.

   Stwierdzono, że spadek zdolności magazynowania energii odpowiada powstawaniu, w miarę wzrostu odkształcenia, niskoenergetycznych układów dyslokacyjnych.

   Analiza zależności zdolności magazynowania energii od odkształcenia dla próbek grubo- i drobnoziarnistych wykazała, że w początkowym stadium deformacji plastycznej, poza energią defektów sieci krystalicznej, (głównie układów dyslokacji) musi istnieć inna forma magazynowania energii. Wysunięto hipotezę, że jest nią akomodacja sprężysta poszczególnych ziaren.

   W ósmym rozdziale przedstawiono eksperymenty i ich wyniki potwierdzające tę hipotezę. Zbadano i uwzględniono w interpretacji procesu magazynowania energii ewolucję mechanizmu poślizgu; od homogenicznego poślizgu wewnątrz poszczególnych ziaren do formowania się pasm ścinania.

   Przedstawiono wyniki obserwacji powierzchni próbek o różnych wartościach odkształcenia. Stwierdzono, że wzrostowi zdolności magazynowania energii odpowiada pogłębianie się reliefu na badanej powierzchni, co świadczy o intensyfikacji powstawania wewnątrz próbki naprężeń wywołanych niekompatybilnymi odkształceniami pojedynczych ziaren.

   Zauważono, że w miarę wzrostu obciążenia następuje poślizg we wtórnych systemach, co sprzyja zahamowaniu wzrostu zdolności magazynowania energii. Makroskopowym przejawem przekształcenia tego poślizgu w mikropasma ścinania jest maksimum zdolności magazynowania energii. Spadek zdolności magazynowania energii odpowiada ewolucji mikropasma ścinania, co nie jest sprzeczne z tworzeniem się wspomnianych wcześniej, niskoenergetycznych układów dyslokacyjnych.

   W dziesiątym rozdziale podjęto, na podstawie wyników doświadczalnych, próbę ilościowego oszacowania poszczególnych składników zdolności magazynowania energii, a mianowicie: zdolności magazynowania energii w strukturach dyslokacyjnych oraz w polach naprężeń wewnętrznych. Podano teoretyczne uzasadnienie przedstawienia zdolności magazynowania energii w postaci sumy poszczególnych składników.

   W podsumowaniu wskazano na te aspekty przedstawionej rozprawy, które na tle doniesień literatury światowej są, zdaniem autorki, nowatorskie.

 

KRUCZYŃSKI  Stanisław, BIELIŃSKA Alicja, PRZYłUSKI Jan

Problemy katalitycznego ograniczania emisji tlenków azotu w silnikach o zapłonie samoczynnym.

Warszawa 1997 s.  35.

Prace IPPT    10/1997.

 

     W pracy przedstawiono najistotniejsze zagadnienia ograniczania emisji tlenków azotu metodami katalitycznymi stosowanymi w silnikach spalinowych dokonane na podstawie przeglądu aktualnej literatury naukowo-technicznej. Na tle obecnych i perspektywicznych przepisów ograniczających emisje substancji toksycznych z silników spalinowych oraz właściwościach obecnie powszechnie stosowanych reaktorów katalitycznych spalin przedstawiono problemy katalitycznej redukcji tlenków azotu w spalinach zawierających nadmiar tlenu. Omówiono główne zagadnienia badawcze pojawiające się podczas realizacji procesów selektywnej katalitycznej redukcji tlenków azotu za pomocą amoniaku (NH 3 -SCR), oraz za pomocą węglowodanów (HC-SCR). Dokonano oceny właściwości katalitycznych zeolitów, tlenków metali i metali szlachetnych. Omówiono podstawowe zagadnienia rozkładu tlenków azotu w spalinach na tlen i azot. W podsumowaniu pracy oceniono postępy dokonane w dziedzinie katalitycznej redukcji tlenków azotu, oraz perspektywy jej zastosowania w technice motoryzacyjnej.

 

WIŚNIEWSKI Krzysztof

Finite Rotations of Shells and Beams Extended Equations and Numerical Models.

(Praca habilitacyjna).

Warszawa 1997 s.  178.

Prace IPPT    9/1997.

 

   The thesis is concerned with theoretical and numerical aspects of modelling of shells and beams undergoing finite (unrestricted) rotations. It is demonstrated that numerical analyses of such shells and beams involve not only a sophisticated algorithmic treatment of rotations and nonlinear equations, but also require a non-trivial task of extending thegoverning equations.

   The formulation is based on the Biot stress and right stretch strain, and hyperelastic (linear or Mooney-Rivlin) constitutive equations. The theoretical part of the thesis comprises two extensions of the finite rotation equations, which are related to the drilling rotation and the transverse normal stretch.

   1. The shell equations with rotations as an independent variable are derived in a variationally  consistent manner, within the classical continuum mechanics. The rotation constraint is introduced to ensure that the rotation used in the Reissner hypothesis satisfies the equation of the polar decomposition of the deformation gradient. The drilling rotation of the shell (6th degree of freedom) is naturally included.

    2. The beam equations for the Reissner hypothesis, with an additional scalar parameter  for the normal stretch, are derived. The conversion formula for the middle-line and the interface variables, valid in the range of finite rotations, is proposed. The conversion formula is introduced consistently with kinematical hypothesis, and sets up a basis for development of the layer-wise models of finite rotation multi-layer beams.

 

In its numerical part, the thesis deals with finite elements models accounting for finite rotations, and incorporates:

   1. the systematization and description of questions related to parametrization and algorithmic treatment of rotations, from the view-point of applications in continuum  and structural mechanics. Also advanced problems, such as increments of a rotation vector in two diffrent tangent planes and symmetry of the tangent operator, when the potential energy depends on rotations, are adressed.

   2. the implementation of a nonlinear finite element with drilling rotation, what requires an exact linearization of the basic equations and the use of advanced techniques to control the spurious modes of the element. The method of implementation of thedesign sensitivity analysis for the problems with the rotational degrees of freedom is described, and the design derivatives are calculated along the path in the whole pre- and  post-critical range. These questions are presented on  several numerical exemples, some exhibiting highly nonlinear equilibrium paths and requiring the arc-length (continuation) method.

   3. the construction of multi-layer beam based on the concept of layer-wise models, such as the interface variables model and the hierarchical model using Taylor or Chebyshev series expansions. The stress recovery procedure for the multi-layer elements is developed and tested. In case of finite rotations, the linearization of the conversion formula and the stabilization of the element are described, implemented and tested. These elements provide either the accuracy of the layer-wise theory, or the effectiveness of the single-layer theory, depending on the problem being solved.

 

KOWALEWSKI Tomasz A., CYBULSKI Andrzej

Konwekcja naturalna z przemianą fazową.

Warszawa 1997 s.  55.

Prace IPPT    8/1997.

 

   Praca przedstawia rezultaty badań eksperymentalnych i numerycznych dotyczących konwekcji naturalnej z przemianą fazową w kanałach o chłodzonej, izotermicznej ściance górnej. Badania przeprowadzono dla wody, w naczyniach sześciennych i walcowych o różnym przewodnictwie cieplnym pozostałych ścianek, przewodzących ciepło od zewnętrznego płaszcza wodnego.Temperaturę wody w płaszczu wodnym zmieniano w zakresie od 5o C do 250 C, podczas gdy górna ścianka była utrzymywana w temperaturze - 100 C. Została przebadana zależność formy przepływu i struktury lodu od parametrów charakteryzujących przepływ, warunków początkowych, geometrii naczynia oraz termicznych warunków  brzegowych. Celem uzyskania ilościowych informacji o pełnych 2-D polach temperatury i prędkości zastosowano nowe techniki eksperymentalne, cyfrowej anemometrii i termometrii obrazowej (Digital Particle Image Velocimetry and Thermometry), bazujące na analizie numerycznej obrazu przepływu. Celem lepszego zrozumienia i zweryfikowania struktury przepływu rejestrowano tory poszczególnych cząstek posiewu używanego do wizualizacji przepływu z wykorzystaniem techniki cyfrowej (particle tracking).

   Stwierdzono, że termiczne warunki brzegowe na nieizotermicznych ściankach mają decydujący wpływ na strukturę przepływu. Badania eksperymentalne i numeryczne pokazały, że uproszczenia lub idealizacje stosowane zwykle w modelach numerycznych przy modelowaniu termicznych warunków brzegowych mogą prowadzić do różniących się zasadniczo form przepływu. Rozwiązując problem sprzężony, pełnego trójwymiarowego przewodnictwa cieplnego dla bocznych ścianek wraz z pozostałymi równaniami przepływu i transportu energii uzyskano rezultaty odpowiadające obserwowanym strukturom przepływu.

   Rozwój konwekcji naturalnej w kanałach badano dla dwóch różnych warunków początkowych: zerowego pola przepływu przy temperaturze początkowej całego układu równej temperaturze kąpieli zewnętrznej, oraz dla przypadku rozwiniętej konwekcji naturalnej w kanale o ściance izotermicznej będącej w temperaturze przemiany fazowej. Zaobserwowano, że niestabilności przepływu występujące zarówno w eksperymencie jak i w obliczeniach numerycznych dla pierwszego z warunków początkowych, mogły być skutecznie stłumione w drugim przypadku.

Stwierdzono również, że narastanie stożkowego frontu lodu ma stabilizujący wpływ na przepływ. Podobnie dodatkowa modyfikacja termicznych warunków brzegowych na bocznych ściankach pozwala na stabilizacje początkowych faz rozwoju konwekcji w badanych kanałach.

Złożona struktura przepływu w naczyniu znajduje odbicie w kształcie powierzchni lodu, postającego pod ścianką chłodzoną. W sześciennym naczyniu obserwowano symetryczny przepływ z podziałem na osiem elementów (komórek. W osiowosymetrycznym cylindrycznym naczyniu obserwowano symetryczny przepływ z podziałem na szesnaście komórek. Obserwowane dla pól temperatur linie podziału przepływu uwidaczniały  się również w strukturze powierzchni lodu.

 

RACHOWICZ Waldemar

Adaptacyjna metoda elementów skończonych do rozwiązywania równań Naviera-Stokesa dla przepływu ściśliwych.

(Praca habilitacyjna).

Warszawa 1997 s.  155.

Prace IPPT    7/1997.

 

   Przedstawiono adaptacyjną metodę elementów skończonych typu h do rozwiązywania lepkich przepływów naddźwiękowych. Jako procedurę symulacji przepływu zastosowano schemat SUPG. Główną ideą metody jest zastosowanie elementów silnie wydłużonych w warstwach przyściennych tworzących się w płynie przy brzegu opływanego ciała stałego. Generowanie takich elementów odbywa się automatycznie i jest częścią ogólnej strategii adaptacji siatki. Polega ona na kierunkowym dzieleniu elementów w oparciu o rozkład residualnych wskaźników błędu interpolacji rozwiązania oraz oszacowanie błędu strumienia lepkich w warstwie przyściennej.

   Przedstawiono iteracyjne algorytmy rozwiązywania równań, których zbieżność jest niezależna od wydłużenia elementów siatki. Algorytmy te to metoda gradientów sprzężonych i GMRES z uwarunkowaniem wstępnym w postaci blokowych wersji iteracji Jacobiego i Gaussa-Seidela. Pokazano zbieżność tych procedur.

   Adaptacyjną metodą elementów skończonych zastosowano do rozwiązania kilku zadań testowych z liczbą Macha 8 i 14.1 i z liczbą Reynoldsa z zakresu 2 × 105 - 2 ×  106. Wśród nich są problemy z interakcją fali uderzeniowej i warstwy przyściennej. Otrzymane wyniki numeryczne są zgodne z danymi doświadczalnymi i rozwiązaniami analitycznymi.

 

BAJER Czesław

Numeryczne modelowanie czasoprzestrzenne dynamicznych zagadnień kontaktowych.

(Praca habilitacyjna).

Warszawa 1997 s.  189.

Prace IPPT    5/1997.

 

   Dynamiczne problemy kontaktowe, z uwagi na złożoność zjawisk zachodzących w strefie kontaktu, rozwiązywane są często w sposób przybliżony przy użyciu metod numerycznych. Przykładem mogą być zagadnienia kontaktu koła kolejowego z szyną, kształtowanie metali czy też zderzenia. Powszechnie stosowane metody numeryczne mają jednak pewne istotne ograniczenia. Uniemożliwiają na przykład dowolną dyskretyzację obszaru konstrukcji, jednocześnie w przestrzeni i w czasie. Utrudnia to precyzyjne określenie strefy kontaktu, a tym samym daje mniej dokładne wyniki.

   W pracy przedstawiono bardziej zaawansowany sposób numerycznego modelowania dynamicznych zagadnień kontaktowych, przy pomocy sformułowań czasoprzestrzennych. Na wstępie wyprowadzono dwa warianty metody elementów czasoprzestrzennych, wykorzystujące przemieszczenia lub prędkości przemieszczeń jako podstawowe wielkości opisujące ruch. Sformułowanie czasoprzestrzenne jest uogólnieniem metody elementów skończonych, stosowanej zwykle do obszarów przestrzennych. Zmienna czasowa przy wykorzystaniu m.e.s. dyskretyzowana jest w sposób odrębny. W takim przypadku obie dyskretyzacje są rozdzielone. W metodzie elementów czasoprzestrzennych dyskretyzacja odnosi się jednocześnie do przestrzeni i do czasu. Oba te procesy są sprzężone. Wykazano w pracy, że w szczególnym przypadku prezentowane podejście jest identyczne z zastosowaniem metody elementów skończonych do zmiennych i pochodnych przestrzennych, oraz metody różnicowej do zmiennych i pochodnych czasowych. W ogólnym przypadku konstrukcja może być podzielona niestacjonarnie na skończone podobszary. W pracy szczegółowo zbadano własności metody. Błąd amplitudowy, błąd fazowy, tłumienie numeryczne odniesiono do własności innych metod. Szczególny typ elementów czasoprzestrzennych, o kształcie sympleksów, pozwala rozseparować wynikowy układ równań algebraicznych. Unika się wtedy etapu triangularyzacji podczas rozwiązywania układu równań. Interesujące są własności fizyczne elementów symplektycznych, z uwagi na ograniczoną prędkość przepływu informacji między węzłami siatki, w kierunku ukośnych krawędzi elementów. Pozwala to badać nieskończenie długie układy jednowymiarowe, poddane szybko poruszającemu się obciążeniu. Układ nieskończenie wielu elementów może zostać zredukowany do niewielkiego układu.

   Rozważając warunki kontaktu zwrócono uwagę na nieciągłość prędkości w chwili kontaktu. Zmodyfikowano warunek kontaktu. Odpowiednia redukcja prędkości w kroku poprzedzającym penetrację pozwala uzyskać ciągłe funkcje prędkości oraz przemieszczeń. Przy tym przemieszczenia wynikają w sposób konsekwentny z prędkości. drugie podejście do modelowania kontaktu polega na zastosowaniu drobniejszego podziału w czasie w strefie kontaktu. Zastosowano w tym celu czasoprzestrzenne elementy trójkątne. Przedstawione podejście wykorzystano przy symulacji powstawania korugacji koła kolejowego. Rozwiązanie tego problemu, badanego w wielu innych ośrodkach, wykazało falową naturę poligonizacji kół.

   Najistotniejszą zaletą stosowania modelowania czasoprzestrzennego jest możliwość adaptacji siatki podziału. Technika r-adaptacji pozwala przemieszczać węzły w przestrzeni. Metoda adaptacji typu h umożliwia dodawanie i usuwanie węzłów i w ten sposób rozrzedzanie lub zagęszczanie siatki. Techniki adaptacyjne stosowane w zagadnieniach dynamiki konstrukcji muszą spełniać szczegółowe wymogi. Ponieważ każda zmiana siatki podziału lub zaburzenie pól przemieszczeń czy prędkości zmienia odpowiedź układu, stosowana powszechnie prosta interpolacja nie daje poprawnych wyników. Przedstawione w pracy czasoprzestrzenne elementy trójkątne, opisane prędkościami węzłów, pozwalają skutecznie stosować adaptację typu h do analizy drgań konstrukcji, nie tylko w zakresie niskich częstości, ale i w zadaniach falowych.

 

KOWALEWSKI Tomasz A.

Experimental Validation of Numerical codes in Thermally Driven Flows.

Warszawa 1997 s.  19.

Prace IPPT    4/1997.

 

   The focus of this review is application of modern full field experimental techniques based on the digital image analysis in verifying and validating numerical solutions of thermally driven flows. Digital Particle Image Velocimetry and Thermometry, the new experimental methods based on a computational analysis of the colour and displacement of liquid crystal tracers,  was used to obtain quantitative 2-D  temperature and velocity fields information. The paths of the individual tracers obtained using  3-D  digital particle tracking helped to understand and verify the flow structure. Laminar natural convection of liquids in small cube-shaped cavities, with and without phase change was studied experimentally and compared with numerical predictions. Implications arising from simplifications present in the numerical models are discussed.

 

JEMIOŁO S., TELEGA J.J.

Representations of Tensor Functions and Applications in Continuum Mechanics.

Warszawa 1997 s.  112.

Prace IPPT    3/1997.

 

   This paper presents the theory of invariants and tensor functions in a unified manner suitable for applications in the continuum mechanics. Basic principles of the theory have been clarified. Important results on the determination of polynomial and nonpolynomial representation have been presented including higher-order tensor functions, spectral decomposition of tensors and regularity. Applications to the formulations of constitutive relationships are focussed on nonlinear elasticity, plasticity, locking materials, simple and anisotropic fluids.

 

GRZĘDZIŃSKI Janusz

Nieliniowy flatter samolotu jako bifurkacja Hopfa w układzie dynamicznym o wielu stopniach swobody z pamięcią.

(Praca habilitacyjna).

Warszawa 1997 s.  95.

Prace IPPT    2/1997.

 

   W pracy przedstawiono nową metodę lokalnej analizy stabilności układów aeroelastycznych z pamięcią. Przykładem takiego układu jest odkształcalny samolot w przepływie poddźwiękowym. Na skutek oddziaływania śladu wirowego powstałego za samolotem w chwilach wcześniejszych, działające na samolot niestacjonarne siły aerodynamiczne zależą od historii ruchu. Z tego powodu operator aerodynamiczny, wiążący niestacjonarne siły aerodynamiczne z odkształceniami konstrukcji samolotu, ma postać całki splotu. W konsekwencji równanie opisujące zaburzenie ustalonego, prostoliniowego lotu samolotu jest równaniem różniczkowo-całkowym. Istnieje pewna krytyczna wartość prędkości lotu, zwana krytyczną prędkością flatteru, powyżej której ruch ustalony staje się niestabilny. W nieliniowym układzie aeroelastycznym zjawisko flatteru odpowiada niestabilności znanej jako bifurkacja Hopfa, powodującej powstanie drgań o ograniczonej amplitudzie. Drgania te dążą asymptotycznie do cyklu granicznego, należącego do pewnej dwuwymiarowej podprzestrzeni zwanej rozmaitością centralną. W rezultacie bez względu na liczbę fizycznych stopni swobody samolotu jego asymptotyczny ruch w otoczeniu punktu bifurkacji jest w pełni opisywany układem dwóch równań różniczkowych zwyczajnych o symetrii obrotowej. Prezentowana metoda pozwala badać układ aeroelastyczny na rozmaitości centralnej oraz podaje ogólny algorytm otrzymania tych równań, bazujący na szeregach potęgowych. Znając w punkcie bifurkacji pochodne macierzy transmitancji względem prędkości lotu i częstości drgań, można uwzględnić dowolną liczbę wyrazów szeregów aproksymujących równania na rozmaitości centralnej. Nie ma także formalnego ograniczenia na liczbę stopni swobody użytych do opisu konstrukcji samolotu. Za pomocą prawie tożsamościowej transformacji zmiennych układ równań na rozmaitości centralnej został sprowadzony do znanej formy normalnej Poincare dla bifurkacji Hopfa, opisującej oprócz klasycznej również bifurkacje zdegenerowane. Praca zawiera wyniki przykładowych obliczeń cykli granicznych dla prostego modelu cienkiego profilu o dwóch stopniach swobody, zamocowanego na nieliniowych sprężynach, oraz dla szybowców z nieliniowymi charakterystykami w układzie sterowania. Wyniki obliczeń porównano z wynikami otrzymanymi metodą linearyzacji harmonicznej, a w przypadku profilu również z wynikami numerycznego całkowania równań ruchu.

 

RANACHOWSKI Zbigniew

Metody pomiaru i analiza sygnału emisji akustycznej.

(Praca habilitacyjna).

Warszawa 1997 s.  113.

Prace IPPT    1/1997.

 

   W niniejszej rozprawie autor przedstawił wyniki swoich ponad dziesięcioletnich prac związanych z doskonaleniem aparatury i metod badania emisji akustycznej (EA) wraz z omówieniem tendencji rozwojowych zachodzących w rozpatrywanej dziedzinie w ostatnich latach. W pierwszym Rozdziale pracy została omówiona istota EA wraz z zakresami częstotliwości zjawisk związanych z generacją EA. W dalszej kolejności została przedstawiona ewolucja w dziedzinie obszarów zastosowań i stosowanej aparatury, jaka dokonała się w naszym kraju i na świecie od czasów pierwszych systematycznych pomiarów emisji akustycznej dokonanych w 1933 roku. Drugi rozdział zawiera podstawy teoretyczne zagadnień generacji i propagacji sygnału emisji akustycznej w ciele stałym, opis deskryptorów EA oraz mechanizm usznych emisji akustycznych. W Rozdziale trzecim zostały opisane dwie ważne metody wprowadzone do analizy sygnału EA w ostatnim dziesięcioleciu: metody rozpoznawania wzorców (pattern recognition) oraz metodę sieci neuronowych. W kolejnym Rozdziale autor rozprawy przedstawił wyniki własnych prac związanych z pomiarami i analizą sygnałów EA. Materiał ten został podzielony z uwzględnieniem ośrodka, w którym były dokonywane pomiary. W ramach tego przeglądu zostały przedstawione badania prowadzone na elementach betonowych, ceramicznych, w metalach i kompozytach, a także pomiary sygnałów generowanych przez pianę uformowaną na powierzchni roztworu detergentu i pochodzących z ludzkiego ślimaka usznego.

   W podsumowaniu autor rozprawy przedstawił porównanie efektywności analizy sygnału EA w oparciu o klasyczną metodę deskryptową i w oparciu o rozpoznawanie wzorców. Rozwój tej ostatniej z wymienionych metod, łącznie z użyciem sieci neuronowych jest zdaniem autora, warunkiem efektywnej analizy sygnału uzyskiwanego w pomiarach rzeczywistych źródeł emisji akustycznej w zastosowaniach praktycznych.